硅營(yíng)養(yǎng)影響不同基因型水稻抗蟲(chóng)性的機(jī)理.pdf

1、水稻（Oryza sativaL.）是世界上最重要的糧食作物之一，在我國(guó)糧食生產(chǎn)中占有極其重要的位置。咀嚼式口器昆蟲(chóng)稻縱卷葉螟（Cnaphalocrocis medinalis, rice leaf floder,LF）是水稻專(zhuān)食性害蟲(chóng)，可對(duì)水稻產(chǎn)量造成極大的損害。水稻是典型的硅（Silicon, Si）積累型植物，其中水稻對(duì)硅營(yíng)養(yǎng)的吸收是通過(guò)Lsi1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白完成的，經(jīng)鑒定 Lsi1基因的表達(dá)僅在根基部?jī)?nèi)皮層和外皮層的外端表達(dá)，所以L(fǎng)s

2、i基因在根基部的表達(dá)對(duì)水稻吸收硅起到至關(guān)重要的作用。
　　硅既增加宿主植物的物理抗性，又可誘導(dǎo)宿主植物產(chǎn)生化學(xué)抗性。茉莉酸及其類(lèi)似物茉莉酸甲酯等（統(tǒng)稱(chēng) jasmonates，JAS）是一類(lèi)植物激素，普遍存在于植物體內(nèi)，是植物體內(nèi)重要防御信號(hào)物質(zhì)，在抗蟲(chóng)反應(yīng)中起到重要的作用。本論文以O(shè)sLsi1基因的RNA干涉(RNA interference, RNAi)轉(zhuǎn)基因水稻為研究材料，以相應(yīng)的野生型(WT)水稻為對(duì)照材料，在水培條件下，以

3、施硅（Si+）和不施硅（Si-)處理，比較兩個(gè)水稻材料在稻縱卷葉螟取食后的一系列生理生化和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑響應(yīng)上的差異，進(jìn)而揭示硅營(yíng)養(yǎng)影響水稻抗蟲(chóng)性的機(jī)理，為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用硅肥來(lái)提高抗蟲(chóng)性，減少農(nóng)藥對(duì)環(huán)境的污染和保證糧食安全提供理論指導(dǎo)。
　　主要研究結(jié)果如下：
　　1.首先，發(fā)現(xiàn)施硅促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，具體表現(xiàn)為地上部株高和地下部根長(zhǎng)均有所增長(zhǎng)。進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn)施硅處理的水稻葉片硅含量和根系硅吸收量也顯著升高，尤其是施硅后發(fā)現(xiàn)野生

4、型水稻比OsLsi1-RNAi材料的吸收更多的硅。此外與抗蟲(chóng)物理防御相關(guān)的蠟質(zhì)含量在施硅處理的野生型（WT+Si）最高，均顯著高于RNAi+Si、WT和RNAi處理。生物測(cè)定表明，稻縱卷葉螟取食WT+Si處理的水稻葉片后，害蟲(chóng)體重增量分別比取食RNAi+Si、WT和RNAi處理的減少了55.3％、46.3%和63.4%，說(shuō)明硅在水稻植株內(nèi)的沉積確實(shí)可以提高植株的抗蟲(chóng)性。
　　2.其次，進(jìn)一步檢測(cè)了被稻縱卷葉螟取食后的水稻植株葉片和

5、根系中防御酶及保護(hù)酶活性，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化物酶（POD）、多酚氧化酶（PPO）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性分別在12 h、24 h和48 h達(dá)到最高值。其中稻縱卷葉螟取食施硅的野生型水稻（WT+Si）葉片中POD酶活性最高，在24 h時(shí)達(dá)到最大值，而RNAi+Si、WT和RNAi三個(gè)處理間POD酶活性無(wú)顯著差異；根系中POD酶活性與葉片中POD酶活性變化趨勢(shì)相似，呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)。水稻葉片和根系中的PPO酶活性則都

6、在蟲(chóng)害取食后的12 h達(dá)到最大值，WT+Si處理植株的PPO酶活性顯著高于其他三個(gè)處理。雖然蟲(chóng)害取食未施硅的野生型水稻（WT）后也能誘導(dǎo)葉片和根系中的SOD酶活升高，但施硅后能更顯著提高野生型水稻的SOD酶活性，進(jìn)而提高其抗蟲(chóng)性。水稻葉片和根系中的CAT酶活性變化趨勢(shì)相似，蟲(chóng)害取食也同樣誘導(dǎo)WT+Si處理中的CAT酶活性顯著提高。與此同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)丙二醛（MDA）含量在蟲(chóng)害取食的WT+Si處理中含量最低，在RNAi處理中含量最高。而游離

7、脯氨酸含量在蟲(chóng)害取食24 h后的WT+Si處理中最高。可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)野生型和OsLsi1基因的RNA干涉材料進(jìn)行施硅和不施硅處理，進(jìn)一步證明硅營(yíng)養(yǎng)在植物抗蟲(chóng)中扮演著非常重要的角色。
　　3.最后，用實(shí)時(shí)熒光定量PCR在分子水平上檢測(cè)了與咀嚼式口器昆蟲(chóng)相關(guān)的JA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑關(guān)鍵基因的相對(duì)表達(dá)量。結(jié)果表明，稻縱卷葉螟取食可誘導(dǎo)水稻葉片和根系OsLOX、OsAOS和COR-INSENSITIVE1(COI1a和COI1b）基因表達(dá)，且發(fā)現(xiàn)

8、蟲(chóng)害取食預(yù)先進(jìn)行施硅處理的水稻，基因的誘導(dǎo)表達(dá)量高。此外，也檢測(cè)了影響昆蟲(chóng)消化的胰蛋白酶抑制劑基因（OsBBPI）的誘導(dǎo)表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)害取食預(yù)先施硅處理的水稻，可顯著誘導(dǎo)該基因表達(dá)，且誘導(dǎo)表達(dá)量在WT+Si處理中最高，在沒(méi)有施硅的RNAi材料中最低。另外還發(fā)現(xiàn)單獨(dú)施硅對(duì)水稻OsBBPI, OsLOX, OsAOS, OsCOI1a, OsCOI1b基因的表達(dá)幾乎不產(chǎn)生影響，而OsLsi1基因的表達(dá)卻與硅處理呈正相關(guān)，與稻縱卷葉螟的取食與